煤泥浮選技術發展概況

煤泥浮選技術發展概況

董立周;劉繼紅;王俊濤;李芳

【摘 要】煤泥浮選是目前公認的用于細煤泥脫硫降灰最經濟、最有效的分選技術

之一,也是選煤廠取得最佳經濟效益和社會效益、環境效益的有效技術途徑.入浮煤

泥性質、浮選設備性能、浮選工藝流程、浮選藥劑制度等因素對浮選效果均有重要

影響,文章就浮選前的煤泥調漿技術、浮選設備、浮選工藝發展概況進行評述,并以

南梁選煤廠煤泥浮選經濟效益為例,說明浮選技術在選煤行業未來發展中的重要作

用.

【期刊名稱】《選煤技術》

【年(卷),期】2015(000)005

【總頁數】5頁(P96-100)

【關鍵詞】煤泥;浮選;工藝;設備;經濟效益

【作 者】董立周;劉繼紅;王俊濤;李芳

【作者單位】中煤張家口煤礦機械有限責任公司,河北張家口075000;中煤張家口

煤礦機械有限責任公司,河北張家口075000;中煤張家口煤礦機械有限責任公司,河

北張家口075000;中煤張家口煤礦機械有限責任公司,河北張家口075000

【正文語種】中 文

【中圖分類】TD943

浮選是處理細煤泥(<0.5 mm粒級)最有效的途徑之一，同時也是選煤廠煤泥水處

理的核心。近年來，我國對環境治理力度不斷加大，對選煤廠的管理要求也越來越

高，各個選煤廠在節能減排、降本增效的同時，也加大了對煤泥處理的力度。目前

我國的選煤能力統計結果表明，浮選物料量占入選原煤總量的10%以上。

煤泥浮選是在多因素綜合作用下的分選過程，是在固-液-氣三相中完成的一個極其

復雜的物理化學過程，入浮煤泥性質、浮選設備性能、浮選工藝流程、浮選藥劑制

度等因素都會對浮選效果產生重要影響。近年來，隨著計算機技術的發展及檢測技

術的提高，浮選技術獲得了長足進步。文章對浮選前的煤泥調漿技術、浮選設備、

浮選工藝發展概況進行了較系統的評述，可為今后選煤廠的建設和浮選設備、浮選

工藝的改進提供一定參考。

調漿是細煤泥浮選的基本前提，其作用是通過藥劑、機械力、非機械力及其組合，

將乳化藥劑細化、分散，并使煤粒表面活化，以提高捕收劑與煤粒的有效吸附概率，

因此，調漿效果的好壞直接影響浮選工藝的整體效果。調漿處理的方式主要有葉輪

攪拌式、噴射式、霧化式、管道混合式等，其中以葉輪攪拌式為主。其工作原理是

通過均勻攪拌，使礦漿在葉片高速轉動形成的剪切力場下充分礦化，同時使煤粒體

相性質發生改變，更具親油性，進而提高其可浮性，保證浮選精煤產率穩定。

國內研究人員從礦漿分散、藥劑乳化、礦漿與藥劑接觸、礦物表面改性以及磁、電、

聲、溫等方面，對煤泥調漿效果進行了大量研究[1-2]。鄭光軍等[3]對磁化處理后

的煤、黃鐵礦、煤矸石三種單礦物在不同介質中的含氧量、PH值、表面電位、表

面濕潤性變化進行了對比分析，發現磁化處理能夠提高煤粒的可浮性。馬力強等[4]

研究了調漿剪切強度對煤泥浮選效果的影響規律，結果表明：經高效調漿機處理后，

浮選精煤可燃體回收率可提高9.63個百分點。苗一等[5]研究了多層漿在攪拌槽內

的宏觀混合特效，認為在液體混合過程中多層軸流式漿比多層徑向流漿的混合效率

高。胡錫文等[6]在直徑小于375 mm的攪拌釜內，采用八種攪拌器進行攪拌試驗，

并就攪拌器的槳型、轉速、密度等操作因素對攪拌功率和攪拌時間的影響進行了分

析。

GBZ-2700多層攪拌礦漿表面改質機結構示意圖如圖1所示。該改質機采用多段

臥式布置，并選用后掠式撓性特殊葉片，能夠提供很高的剪切力和高頻機械效應。

煤漿中的不同顆粒在強大的剪切動能下，瞬間產生數十萬次的碰撞、摩擦、剪切等

綜合作用，幾乎可使全部煤粒得到有效改質，即均質作用明顯，因而可使浮選精煤

產率提高5～8個百分點，且浮選速度更快。以處理能力為2.50 Mt/a的選煤廠為

例，在入浮煤泥量占原煤總量10%的情況下，煤泥經表面改質機處理過后，浮選

精煤量每年可提高1.25～2.00萬t，精煤產量顯著提高。

泡沫浮選是目前廣泛應用的細煤泥分選技術，通過煤與矸石表面的物理化學性質差

異進行分選。煤粒因自身表面的疏水特性或經浮選藥劑作用后獲得疏水特性，進而

在液-氣或水-油界面發生聚集；而矸石的親水能力較強，下沉后成為尾礦。

近年來，泡沫浮選技術在工業應用與科學研究中取得了長足進展。王懷法[7]介紹

了兩段充氣微泡浮選柱的設計思想與結構特點，將高氣溶射流礦化浮選技術和渦流

力場強化浮選技術有機地融為一體，并將優先浮選技術納入浮選柱分選體系。程宏

志[8-9]提出了振蕩浮選原理，即利用設置在浮選機分離區的振蕩分離器來降低浮

選泡沫的非選擇性挾帶，研究結果表明：振蕩浮選能夠明顯改善浮選效果，可使浮

選精煤灰分下降1.40個百分點。梁龍等[10]將細煤泥按密度分組，通過試驗研究

了不同密度級細煤泥對粗煤泥浮選的促進與抑制程度。李彥君等[11]研究了近年來

國內外使用的煤泥浮選藥劑，并對煤用浮選藥劑的未來發展提出了建議。史英祥等

[12]闡述了以煤泥可浮性試驗結果為依據，合理選擇和制定浮選工藝的思路和方法。

牛勇等[13]闡述了難浮煤泥的特點及改善浮選效果的主要方法，并通過試驗證明分

支浮選可在滿足精煤灰分的要求下，提高浮選精煤產率。

(1)機械攪拌式浮選機。目前，機械攪拌式浮選機是國內廣泛應用的浮選機，包括

XJX型、XJN型、XJM型等。該類浮選機在其核心機構——攪拌機構的作用下，

完成充氣、氣泡彌散與礦化。以XJM-S型浮選機為例，其選用矩形槽體和雙層傘

型葉輪，通過自吸空氣、“假底底吸，周邊串料”的方式給料，且葉輪上下循環量

均可調節，能夠適應不同可浮性煤泥的浮選要求。浮選機工作時，在葉輪旋轉產生

的離心力作用下，充滿定子葉輪的煤漿被甩出，同時在其內部產生負壓，空氣和藥

劑經套筒進入其中，而大部分前室入料通過假底中心吸料管進入葉輪。XJM-S型

浮選機結構示意圖如圖2所示。

(2)浮選柱。浮選柱沒有傳動部件，也沒有機械攪拌機構，空氣通過噴射器產生的

負壓吸入或者由空氣壓縮機壓入。目前，以旋流微泡浮選柱(圖3)為代表的浮選柱

在我國應用較廣泛，其主體結構包括浮選段、旋流段、管流礦化段三部分。浮選段

根據逆流碰撞礦化原理，在低紊流的靜態分選環境中實現礦物的分離，主要作用是

粗選和精選；旋流段是煤泥實現重力分選和旋流浮選的場所，主要作用是掃選浮選

段的中礦，回收未被礦化的精煤粒；管流礦化段的作用是將空氣吸入并粉碎成微泡，

進而形成循環中礦的氣-液-固三相體系。

(3)噴射式浮選機。噴射式浮選機無機械攪拌裝置，以射流微泡浮選機(圖4)為例，

其工作原理是：煤漿以15～20 m/s的高速從噴嘴噴出，使混合室內產生負壓，空

氣經吸氣管進入礦化管，經射流的“卷裹”和“切割乳化”后形成小氣泡，并與煤

漿充分接觸，使其高度礦化；當煤漿到達底部反射頭時，桶內壓力基本為零。由于

煤漿位于負壓區內，溶解在其中的空氣呈過飽和狀態，并以微泡形式迅速析出、增

大，攜帶煤粒的氣泡上浮至浮選桶表面，沿其周邊溢出并進入精礦收集槽，而尾礦

通過底部U形管進入尾礦箱，此時，整個浮選過程完成。

上述浮選設備在我國選煤廠都得到了廣泛應用，隨著選煤技術的進步和選煤生產現

場的需要，浮選設備正加快向大型化、高效化方向發展。

由于浮選入料組分、浮選設備性能及對最終產品的要求不同，各選煤廠選用的浮選

工藝也存在差異。當前我國選煤廠主要采用的典型浮選工藝有三種，即一次浮選工

藝、二次浮選工藝、二次尾礦或中礦返回浮選工藝。

(1)采用一次浮選工藝時，煤泥水直接進入單槽或多槽浮選機，分選出精煤、中煤、

尾煤三種產品。當煤泥可浮性為極易浮或易浮時，可采用一次浮選工藝；當煤泥可

浮性為中等可浮時，需要根據藥劑制度試驗結果確定，如果浮選精煤灰分基本滿足

最終精煤產品的質量要求，則可采用該浮選工藝。煤泥一次浮選原則流程如圖5

所示。

(2)二次浮選，即一次浮選精礦泡沫直接進入精選浮選機，對其再次進行分選，以

降低浮選精煤灰分。當煤泥可浮性為難浮或極難浮時，依據MT/T144—1997《選

煤實驗室分步釋放浮選試驗方法》，進行煤泥分步釋放試驗，如果“產物4”的累

計平均灰分滿足產品質量要求，則可選用全部二次浮選工藝(圖6(a))；當煤泥可浮

性為中等可浮，且一次浮選精煤灰分較高時，可根據浮選速度試驗結果進一步判斷，

如果前2 min刮出的精煤灰分符合產品質量要求，則可選用部分二次浮選工藝(圖

6(b))。煤泥二次浮選原則流程如圖6所示。

與一次浮選工藝相比，二次浮選工藝適用范圍廣，浮選精度高，但二次浮選必然會

使大量合格精煤被重復分選，導致浮選藥劑用量和電能消耗等增加，進而使浮選成

本升高。

(3)二次尾礦返回浮選是將二次浮選尾礦引入一次浮選入料(圖7(a))，二次中礦返回

浮選即將二次浮選中礦引入二次或一次浮選入料(圖7(b))，對其繼續進行分選，以

提高浮選精煤產率。該浮選工藝僅適用于采用多臺單槽浮選機的選煤廠，呂梁山煤

電公司選煤廠以三臺WPF型噴射浮選機進行二次尾礦或中礦返回浮選，取得了良

好的分選效果。

南梁煤礦選煤廠設計能力為3.00 Mt/a，2013年實際洗選原煤2.50 Mt，其中細

煤泥產率為9%～10%，干基產量超過20萬t。由于煤泥灰分高、水分高(約

20%)、發熱量低、粘性大，難以均勻摻入精煤產品銷售。除冬季外，該選煤廠將

煤泥落地晾曬后銷售給當地電廠，售價約為10元/t；而冬季煤泥濾餅容易結冰，

無法銷售。在煤泥晾曬過程中，遇水流失，遇風飛揚，嚴重污染礦區環境，不利于

文明生產，且低廉的銷售價格影響企業經濟效益的提高。

針對南梁煤礦選煤廠煤泥的一系列浮選試驗表明：該煤泥具有較高的浮選利用價值。

可行性分析結果表明：對該選煤廠進行技術改造，增加煤泥浮選系統，選用粗選、

精選二次浮選工藝可使精煤得到最大限度的回收。為此，選用GBZ-2700礦漿表

面改質機、WPF4000射流微泡浮選機、KZG500/2000-U浮選精煤壓濾機構建浮

選系統，對煤泥進行浮選提質。浮選系統投入生產后，煤泥浮選效果較好，產品數

質量平衡表如表1所示。

該選煤廠發熱量23.01 MJ/kg的末煤銷售價格為240元/t，浮選尾煤不計價，浮

選精煤發熱量按照20.92 MJ/kg計算，折算的銷售價格為210元/t。煤泥經晾曬

后銷售給電廠的價格為10元/t，折算的干基銷售價格為12.50元/t。綜合分析，

煤泥浮選系統投入運行后每年可為選煤廠增加銷售收入2 318.55萬元(表2)，經

濟效益顯著。

隨著煤炭資源的不斷開采和采煤機械化程度的提高，原煤煤質逐漸變差，細粒煤、

超細粒煤在原煤中所占比例逐年增加。在國家對環境保護力度加大，企業對經濟效

益要求提高的情況下，煤泥分選設備與工藝的研究和應用越來越重要。

煤泥調漿效果對精煤質量和產量均有很大影響，就實際應用效果來說，多層攪拌礦

漿預處理技術有著廣闊的應用前景。煤泥浮選工藝和設備具有多樣性，各選煤廠應

根據煤泥可浮性試驗結果，合理制定浮選工藝，科學選擇浮選設備，且需要與浮選

精煤脫水系統密切結合，以提高精煤產量和脫硫降灰效果，進而提高企業效益。

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